莱斯大学实验室显示细胞信号通路的动力学提示胚胎中的第一种模式

莱斯大学生物科学家Aryeh Warmflash和研究生Sapna Chhabra进行的研究表明，人类胚胎干细胞的同质菌落通过动态分子信号波在细胞间传播，并触发它们的分化。

一旦受到刺激，细胞开始组织成三个胚层——内胚层、中胚层和外胚层——并最终成为胚胎。

赖斯的发现驳斥了英国数学家艾伦图灵在1952年进行的研究的解释，他认为信号梯度可以通过现在称为图灵不稳定性的机制进行自我组织。理论上，这一过程将允许分子的稳定梯度向每个细胞传输不同强度的信号。

Warmflash，Chhabra和他们的同事表明，这种梯度在干细胞集落中并不存在，而且这一过程比以前认为的更加动态。他们观察了受限的干细胞集落，并使用数学模型确定这种机制无法解释他们看到的触发分化为胚层的信号转导模式和波动。然后这些层变成了器官、骨骼、皮肤和血液。

作为长期研究的一部分，他们的工作在PLOS Biology中得到了详细的研究，并研究了BMP、Wnt和NODAL信号通路之间的动态相互作用，以解码单个受精卵变成人类的过程。为此，他们使用特殊的模板迫使干细胞在微小的圆形菌落中生长。

然后研究人员可以观察、测量和扰动菌落，因为它们在最早阶段发育，形成分化细胞的模式，但从未发育到成为胚胎的程度。

在目前的研究中，研究人员将BMP(骨形态发生蛋白)应用于菌落。通过这一途径传递的信号使细胞在细胞间启动并维持一波Wnt信号，从菌落的外围向中心扩散。

反过来，Wnt触发了一波NODAL信号，该信号独立地向中心移动。通过测量级联反应，研究人员表明，BMP信号的持续时间决定了中胚层——早期胚胎发育的中间层——的位置，而Wnt和NODAL信号上调了中胚层的分化。

他们报告说，信号通路之间的相互作用决定了中胚层环的起点和终点。

论文的主要作者查布拉(Chhabra)说，“我们知道重要的化学信号，但直到现在，还没有人观察到它们在时间和空间上的活动。”通过关注中胚层，我们发现分化并不依赖于细胞所使用的任何化学信号的特定水平。

她说，“目前，我们知道信号转导始于菌落边缘并向内移动，红色(染色中胚层)细胞的位置与Wnt活性达到峰值的位置有关。”“他们只能在一定时间内做出反应。”

Warmflash表示，信号到达菌落中心所需的时间也阻止了它们像中胚层一样分化。他说，“信号在移动，不断充满整个蚁群。”“但取决于到达特定细胞所需的时间，它们是否会有反应。当波浪到达它们时，中心的细胞已经决定变成外胚层。”

研究人员观察到，细胞迁移的速度非常小，但没有它们传递的命运改变信号那么快。

Warmflash说，他们还发现菌落周围的细胞与胚胎中已知的胎盘细胞非常匹配。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！